Pentru prima dată a observat legarea carbonului cu un singur electron: descoperirea revoluționară pentru manuale

Pentru prima dată a observat legarea carbonului cu un singur electron: descoperirea revoluționară pentru manuale

crede Chemist perechi. Acum cercetătorii au făcut primele observații ale legăturilor covalente de electroni simpli între doi atomi de carbon.

Acest comportament neobișnuit de legare a fost deja observat între alți atomi, dar oamenii de știință sunt deosebit de entuziaști să -l vadă în carbon. Carbonul este componenta de bază a vieții pe Pământ și o parte importantă a substanțelor chimice industriale, inclusiv medicamente, materiale plastice, zahăr și proteine. Descoperirea a fost publicată pe 25 septembrie în revista Nature 1 .

"Legarea covalentă este unul dintre cele mai importante concepte în chimie, iar descoperirea de noi tipuri de legături chimice are un potențial mare de a extinde zonele cuprinzătoare ale științei chimice", spune chimistul Takuya Shimajiri de la Universitatea din Tokyo, care a făcut parte din echipa de cercetare pentru legarea carbonului.

Majoritatea legăturilor chimice din molecule constau dintr -o singură pereche de electroni care sunt împărțiți între atomi. Aceasta se numește legături simple covalente. În legături deosebit de puternice, atomii ar putea împărtăși două perechi de electroni într -o legătură dublă sau trei perechi într -o triplă legătură. Cu toate acestea, chimiștii știu că atomii interacționează în multe alte specii și speră să înțeleagă mai bine care este o legătură chimică prin studierea tipurilor de legare neobișnuite la marginea posibilului

Pauling vaschlag

Conceptul de obligațiuni covalente de electroni simpli se întoarce în 1931, când chimistul Linus Pauling a sugerat -o. Cu toate acestea, la vremea respectivă, chimiștii nu aveau instrumente pentru a observa astfel de legături, spune Marc-Etienne Moret, chimist la Universitatea din Utrecht din Olanda. Aceste legături sunt dificil de observat chiar și cu tehnicile moderne de analiză. „Situația în care un singur electron formează o legătură este foarte instabilă”, explică Moret. "Acest lucru înseamnă că legarea se poate rupe cu ușurință și are o tendință puternică de a emite sau de a capta un electron pentru a restabili un număr drept de electroni."

În 1998, oamenii de știință 2 O simplă legătură electronică între doi atomi de fosfor; MORET a făcut parte dintr-un grup care 3 2013 a făcut o legătură între cupru și boron. Chimiștii au teoretizat că aceste legături neobișnuite ar putea apărea în structuri intermediare scurte care apar în timpul reacțiilor chimice. Dar pentru a observa aceste legături pline de spirit, chimiștii trebuie să stabilizeze o conexiune care le conține. O conexiune stabilă care conține o simplă legătură C-C Electron C-C a scăpat până acum chimiști.

Shimajiri spune că cheia observării simplei legate de carbon de electroni a fost proiectarea atentă a unei molecule care ar stabiliza -o. Echipa de cercetare, din care a aparținut chimistul Yusuke Ishigaki de la Universitatea Hokkaido, a creat o moleculă care oferă o „coajă” stabilă din inele de carbon conectate care deține legarea carbonului de carbon împreună în centrul său. Această legare centrală este întinsă la o lungime relativ lungă pentru o legătură C-C, ceea ce face vulnerabil pierderea unui electron într-o reacție de oxidare și pentru a genera legătura electivă de electroni simpli.

legare stabilă

Pentru a înțelege această conexiune într -o formă stabilă, observabilă, s -au cristalizat. Dacă oxidarea este efectuată în prezența iodului, reacția oferă o sare violetă, prin care coaja stabilă a moleculei ține legătura simplă de electroni C-C împreună în interior. Apoi au folosit diverse tehnici de analiză pentru a caracteriza molecula și legătura. Shimajiri observă că conexiunea este extrem de stabilă în condiții de zi cu zi.

"În mai multe reacții chimice, a fost propusă participarea legăturilor simple de electroni, dar până în prezent au rămas ipotetice", spune Shimajiri. Crearea de conexiuni stabile care conțin aceste legături ar putea ajuta cercetătorii să înțeleagă mai bine ce se întâmplă în timpul acestor reacții.

Guy Bertrand, chimist la Universitatea din California din Santa Barbara, a făcut parte din echipa care a făcut simpla legătură de electroni în Fosfor. El spune că este important să vezi acest lucru în carbon. „De fiecare dată când faci ceva cu carbon, acesta are un impact mai mare decât cu orice alt element”, explică el. Shimajiri speră că descrierea legării simple a carbonului de electroni îi va ajuta pe chimiști să înțeleagă mai bine natura de bază a legăturilor chimice. "Vrem să clarificăm ce este o legătură covalentă - mai precis, moment în care o obligațiune este calificată ca covalent și în ce moment."

1. shimajiri, T. și colab. Natura https://doi.org/10.1038/S41586-024-07965-1 (2024).

2. canac, y. et al. Science 279, 2080–2082 (1998).

3. moret, m.-e. et al. J. Am. Chem. Soc. 135, 3792–3795 (2013).

Descărcați referințe